地球自转速度比预期的快,史无前例的“负闰秒”会出现吗?
卿璃千落 2022/5/6
自1972年至今,协调世界时(UTC)总共加入过27个闰秒,大约平均两年就会插入一个闰秒。 不过有趣的是,UTC 上一次加入闰秒已经是六年前的事了,最近甚至还有是否要减去闰秒的讨论,这是怎么一回事?
闰秒为什么会出现,它的功能又是什么呢?
如何定义一天到底有多长呢? 过去的人们以中午竿影达到最短的时间为基准,测量两次竿影达最短的时间间隔来得出一日的长度,这样定义出的一日就叫做一个“太阳日”。
而有了一日的长度,就可以在以这个基准去切分成“小时”、“分钟”和“秒”,或是“时辰”和“刻”等时间单位了。
随着观测与计时工具的技术提升,人们发现太阳每次达到最高点的时间间隔并不是完全一致的,而是会随着季节有数十秒的差距,代表每一个太阳日的长度并不是固定的。
但如果“一日”的长度是不固定的,那么以“日”为基准定义的时、分、秒等时间单位,长度也当然会跟着每天的长度不同而变化,这样“今天的一秒,不是明天的一秒”的奇怪状况想必会产生许多问题。因此平均太阳日就被定义出来以解决这样的问题。
顾名思义,“平均太阳日”就是把一年当中所有太阳日长度取平均,定义出的时间长度就是一个平均太阳日,如此一来一日的长度就能固定下来,也就不用担心时间单位的长度会不断变化的问题啦!
不论是太阳日或是平均太阳日,长度都是决定于地球自转的转速,然而地球的转速却不是完全稳定的。 因此又有一段时间,秒的定义改成以地球公转的周期为基准订定,但任何以天体运行为基础定义出来的时间单位,都会有相似的问题:天体运行的周期不会是完全稳定不变的。后来随着原子钟的发展,也为了尽可能让时间的基本单位是一个不会变动的定值,1967年世界度量衡大会决议将一秒钟重新定义为“铯 133 原子于基态之两个超精细能阶间跃迁时所对应辐射的 9192631770 个周期的持续时间”,而以这个定义进行计时的时间则称作“原子时间”。
改成以原子钟为基准后,时间基本单位的定义变得更加精确而稳定。 不过这么一来,一秒的长度就与地球自转没有关系了。 但“日”的概念终究还是地球自转形成的,“一日有 86400 秒”这样的单位换算也依然成立,如果长久下来都只以原子时间计时,我们使用的时间就会慢慢偏离实际的平均太阳日,也就是偏离地球的自转周期。
如果误差无限制的累积下去,或许就会出现明明时钟指着中午十二点,外头却是夜黑风高的景象。 为了追求更加精确的时间单位,却让人类的计时计日与自然脱节,似乎就本末倒置了。
为了让 UTC 中的一秒符合定义,又不要让其与实际地球自转周期渐行渐远,1972 年世界时间局决定让 UTC 使用标准定义的秒来计时,并以“闰秒”来修正偏离太阳日的问题。
每当UTC与平均太阳日的时间差距达到约0.6秒时,就会以闰秒修正,好让UTC与平均太阳日不会出现超过0.9秒的差距。闰秒通常会插入在UTC 12月31日或是6月30日的最后一秒后面,而且每次插入闰秒都要提前半年公告。 当闰秒插入时,UTC 就会出现“23 时 59 分 60 秒”,然而很多计算机系统并“不认得”这样奇怪的时间格式,因此插入闰秒可说是让许多电信、导航等系统工程师相当头痛的噩梦。
从 1972 年 UTC 总共插入了 27 个闰秒,但从来没有扣除过任何一秒。 主要的原因是由于原子时间中的一秒被定义时,本就略短于当时平均太阳日定义的一秒,也代表原子时间是走得比较快一些的,因此 UTC 会需要透过加秒来对齐平均太阳日。另外,由于地球长期受月球的潮汐力作用,使自转转速逐渐减慢,一个太阳日的长度就会越来越长,像是化石证据就显示四亿年前地球上的一天大约是现在的 22 小时。 因此如果地球自转转速的趋势持续,未来 UTC 加入闰秒的频率应该会越来越高,也更不会有需要扣除闰秒的需求。
然而事情没有这么简单,根据近年的观测发现,地球自转转速有略为上升的迹象,而目前地球的转速比过去50年都来的快! 地球自转速度为何会有这样的变化,目前也还没有确定的答案。 地球自转的些微加速,让 UTC 已经超过五年没有加入闰秒,而目前科学家也还不能确定地球自转些微加速的趋势会持续多久,会加速到多快。如果地球的转速持续变快,代表一日的长度会持续缩短,未来就可能会遇到原子时间超前太阳日的现象,而若是原子时间比太阳日还快上0.9秒时,如果相关单位没有以其他方式解决,史上首次的负闰秒就有可能出现,不过想必这应该不是系统的工程师会乐于见到的事情。大家不妨猜猜看,下一次 UTC 进行闰秒修正时,会是增加一秒还是扣除一秒呢? 如果负闰秒真的出现了,可别忘了见证史上第一个只有 59 秒的一分钟呀!
看了文章
如果地球的自转速度变化,说明了地球内外力量的变化。
内部力量变化,那么地震、火山、地质灾害频发、地质变化速度加快、地球上面的气候变化异常,地球表面和内部变化都会异常。由于星球内部的力量是不停的变化,所以任何一个粒子、物体、星球不可能是一个完全的球体,也是不完全圆体。
外部力量异常,说明地球处在周围太空电磁场变化异常,那么太阳系就会有一些相关异常现象。不过人类区分异常与正常也是不容易的事情,地球运行正常与否人类没有参考。
地球在太阳系中,太阳系在银河系中,星球之间的力量是变化的电磁力,电磁力分为引力(大家知道的万有引力)和(万有斥力),二者能相互转换。由于引力和斥力的变化,运动轨迹是引力和斥力基本平衡的区域,所以运动轨迹不可能一个圆。
大家都知道,宇宙是一个变化的,不均匀的、浑浊的电磁场,地球同样是一个变化的电磁场,粒子、物体、星球是电磁物质聚集体。当然会受到周围区域电磁场变化的影响,外部是运动轨迹的变化,内部是地质结构的变化,从而导致地球内部和表面结构变化,气候的变化。当然一些物种的诞生和灭亡。
引力和斥力的变化使地球有呼吸现象,有膨胀和紧缩现象,也就有星球的诞生和灭亡的自然规律。引力大于斥力,粒子之间的距离减小,有诞生、紧缩、吸气的现象发生。斥力大于引力粒子之间的距离增大,有膨胀、爆炸、呼气的现象。任何粒子、物体、星球有引力的同时一定有斥力,有斥力的同时一定有引力,只是大小不同,没有单独的一种力存在。二者在一定的度范围之内能够相互转换,超过这个度就不能转换了,就是极端了,人类也是这样的。
运动速度有变化,就有摩擦,摩擦使电磁力变化加大,电磁力变化使粒子、物质、物体的粒子分分合合,重新组合,就有各种各样的变化,生生死死的变化。